Question

かなかな

(2)です。
自分の解き方のどこが間違っているか教えて欲しいです。

自液
思考論述
数字2桁で求めよ。
(20(千葉大)
308.アルミニウムの溶融塩電解■アルミニウム AIの単体は、融解した氷晶石に Al2O3
を少しずつ溶かし,溶融塩電解することで得られる。 この溶融塩電解では,用いる電解
槽の内側を炭素で覆い, これを陰極とし,炭素棒を陽極としている。
X) AIの単体は,A+ を含む水溶液の電気分解では得ることができない。その理由を
簡潔に説明せよ。
(2) 下線部において, 陽極の炭素が 72.0kg 消費され, 陰極でAI が180kg 生成した。
また,陽極では CO と CO2 が発生した。 このとき, 発生したCO2の質量は何kg か。
有効数字3桁で答えよ。
(18 東京大)

この実験では,両極から気体の発生が見られなか
でおこる反応は,次の銅 Cu の析出反応のみである。
陰極 Cu2+ +2e → Cu・・・ ①
したがって,陰極に流れた電子はすべて Cuの析出に使われる。 ①式か
ら、1molの電子で1/2molのCuが析出するので,このとき析出する
Cu (モル質量 63.5g/mol)の質量は,
-=5.715g
63.5g/mol×180×10-1mol×1/2=
(2) Au, ニッケル Ni を含む粗銅板を用いた陽極では,銅Cuよりも
イオン化傾向の大きい Ni が Cu とともに水溶液中に溶け出す。
(Cu→ Cu2++
KATE
【Ni→ Ni2+ +2e-
•••②
...③
銅Cuよりもイオン化傾向の小さい金 Auは,まわりの銅が溶け出して
も陽イオンにならず,単体として陽極の下に沈殿する。したがって、
②式と③式で放出される電子の物質量の和が回路を流れる電子の物質量
180×10mol となる。 一方, 1.80×10 - molの電子が陰極にも流れる
が すべて Cu2+ を Cu に還元するのに使われる(①式)。 したがって、
陽極で生じる Cu2+ よりも陰極で還元される Cuの方が多いため, 硫酸
銅(II) 水溶液中の Cu2+の量が減少し、濃度は小さくなる。
(3)③式で溶け出したニッケル Ni の質量は,陽極の減少量 5.87gの
10.0%なので, 0.587g である。
②式で溶け出した銅 Cuの質量を x[g] とすると, Ni のモル質量が58.7
g/mol, Cuのモル質量が 63.5g/mol なので, 回路を流れる電子の物質
量について, 次式が成り立つ。
◎用いる電解液の濃
pHによって、陸響で
のように水や水素イオン
が還元されて水素が発
することがある。
2H2O +2e→
H2+20
2H+ +2e→H2
②この沈殿を極とい
う。
一階では次のようにAP)が生成され、180kg(=180×10g)のアル
カウム Al(モル質量 27g/mol)
陰極 AP3+ +3e~
→ AI ... ④
を慣れる電子の物期費はにじ式から(2x+4y) [mol]であり、これ
板を流れる電子の物質量に等しいので、次式が成り立つ。
2x+4y=
③⑤式から
180×10g×3.5
27 g/mol
x=2.00×10mol
y=4.00×10mol
したがって、発生したCO2 (モル質量44g/mol)の質量は,
44g/mol×4.00× 103mol=176×103g=176kg
x[g]
x2+
63.5g/mol
0.587 g
58.7g/mol
-x2=1.80×10-1 mol
x=5.08g
したがって, 含まれていた金 Auの質量は,
5.87g-(5.08g+0.587g) = 0.203g
③ 有効数字が2桁なので
したがって, 粗銅板に含まれる金の質量パーセントは,次のようになる。
0.203g
x100=3.45°
3.45%
3桁目までとり, 4
を切り捨てている。
5.87g
308. アルミニウムの溶融塩電解
解答 (1) AIはイオン化傾向が非常に大きいため、 そのイオンのAI3+
は還元されにくく, 溶媒の水が還元されるため。
(2)176kg
解説 (2) アルミニウム AIの溶融塩電解において,陽極の炭素棒は,
次のように一酸化炭素 CO や二酸化炭素 CO2となり消費される。
陽極
[C+02-
CO+2eT ...1
C+202-→ CO2+4e ...
②
発生したCOの物質量をx[mol], CO2の物質量をy [mol] とすると,
1molのCからはそれぞれ1mol の CO 1molのCO2が得られ,消費
された炭素C(モル質量12g/mol)が72.0kg (=72.0×10g)なので、次
式が成り立つ。
x+y=
72.0×103g_
12g/mol
...③
208

308(2) C+20→CO2+4e
Ct02 Co+20
}陽極・・①
111
全体=12+3+ACo+coataAl
A++3e Al. 陰極
A1が100kg生成
=7
180×103g
mol=
27.g
20x100mol 陰極に流れた。
3
mol陰極に流れた=20x12mol
陽極全体に流れたどのmolも20xmal ①より
CO2が出る時に使われるのは全体の言だから
40x0 このときCO2のmalは、10xomal よってCo2の質量は
3
3
44 x x = 1.47 x 10 kg.